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对珠江三角洲中心地带城市群的表层土壤和珠江流域重要支流西江、北江水体的悬浮颗粒物进行了采样,调查了多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCPs)的含量与分布特点,初步探讨了它们在环境中的来源、迁移和归宿;估算了珠三角土壤中PAHs和OCPs的储量。并应用了索氏抽提和加速溶剂萃取抽提(ASE)、一步平衡法聚乙烯(PE)簿片吸附以及不同成熟度页岩干酪根对苯和菲的吸附/解吸,研究了土壤/页岩中PAHs结合形态、吸附/解吸的机理。
16种美国EPA制订的、优先控制的PAHs的总量为58-3077μg/kg,均值31μg/kg;最常见的有机氯农药滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)的总量分别为3.58-831μg/kg和0.19-42.μg/kg,均值分别为82.1μg/kg和4.4μg/kg。通过相关比值指标的分析,得出多环芳烃主要来源于煤和石化燃料的燃烧的结论;而DDT与其降解产物DDD和DDE之和的比值表明DDT农药仍有使用。总PAHs同TOC、BC之间存在着良好的线性相关。根据分析结果和采样区域的面积,估算了珠三角中心地带的PAHs和OCPs的总储量,并且就其来源、储量以及总PAHs与TOC的相关性与珠江河口和南海北部近海沉积物作了对比,推断出河口和近海沉积物中的PAHs可能主要来源于珠江三角洲的土壤侵蚀和河流搬运作用。
分季节地采集了西江和北江水体悬浮颗粒物并分析了PAHs和OCPs的含量。其中北江样品中PAHs总量分别为928.8和1259.7μg/kg,西江为660.1和1130.7μg/kg;北江样品中OCPs总量为10.24和31.12μg/kg,西江为26.56和27.24μg/kg。水体悬浮颗粒物中PAHs主要来源于石化排放和石化燃烧,可能与航运有关;有机氯农药则来自沿岸农田的水土流失,从化合物的组成和比值可以得出西江、北江沿岸的农田仍旧在使用DDTs等农药。
常规ASE所得的PAHs总量平均是索氏抽提的2.4倍,索氏抽提与ASE所得的PAHs的总量都同TOC、BC存在良好的线性相关;而且ASE提取PAHs与索氏抽提PAHs的比值同TOC、BC存在线性相关,其中与TOC之间的关系更加明显。
选择了中等污染程度的2种土壤、2种沉积物和页岩,用不同溶剂(甲苯、吡啶、三元混合溶剂和四氢呋喃),分别进行了3次连续的ASE萃取。结果表明第二、三次ASE流程中,仍然有相当数量的PAHs被萃取出来,苝作为反映PAHs为成岩来源的标记物,也在第二、三次萃取中出现,尤其是在页岩中,苝的相对含量远大于沉积物和土壤。吡啶的抽提效果最好,甲苯和三元溶剂次之,而四氢呋喃的萃取效果较差。以上这些实验现象,与有机质中微孔所导致的慢吸附/解吸、以及在高温及有机溶剂作用下玻璃态硬碳向橡胶态软碳的膨胀有关。
PE吸附水相低浓度PAHs的实验表明,土壤、沉积物中非水解有机碳(NHC)的含量决定着PAHs在土壤、沉积物与水之间的分配系数,不同样品对于同一种PAH单体,具有相同的NHC归一化分配系数;发现几种PAHs的吸附分配系数Koc比文献报道值高出1-2.5个数量级,显示了非水解有机碳对PAHs在土壤、沉积物中的吸附/解吸的重要性。
最后对菲和苯在热模拟页岩干酪根上的吸附行为进行了研究。选用了采自茂名的油页岩样品,以250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃六个温度进行热处理,以各种现代分析手段表征热处理产物。结果表明,随着热处理温度的升高,样品的H/C、O/C原子比以及脂肪碳与羰基碳在总碳中所占的比例逐渐下降,芳香度和镜质体反射率逐渐增加,干酪根样品成熟度逐渐增加。
菲和苯在干酪根上的吸附均是非线性的,随着成熟度的增加,吸附的非线性增加,吸附容量和最大微孔吸附量则出现先增大后减小的趋势并在450℃达到最大,而且干酪根样品对苯的最大微孔吸附量大于菲,这些现象可以用干酪根热演化过程中结构的变化所引起的微孔体积及孔径分布的变化、以及在微孔填充过程中存在的分子筛效应来解释。干酪根样品对苯的解吸存在着滞后现象,而且高成熟度样品的解吸滞后程度小于低成熟度样品,可能与高成熟度样品中石墨化芳香碳不易膨胀有关。干酪根上菲的微孔体积占据了最大吸附体积的23-46%,而苯则占据了36-65%,表明了微孔填充机理对菲和苯在干酪根上吸附的重要性。
水、陆环境中典型PAHs的的来源、分布、迁移途径、吸附/解吸机理,可以深入地了解其赋存形态、生物可利用性、生态毒性和归宿,并为评估水、陆环境中PAHs的生态风险和制定相关的污染控制措施提供科学依据。